Application of Numerical and Physical Simulation to Design of the Best Manufacturing Technology for Fasteners

• Autorzy: Kusiak J. , Skóra M. , Rauch Ł. , Szeliga D. , Pietrzyk M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0074

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie numerycznej i fizycznej symulacji do projektowania najlepszej technologii wytwarzania elementów złącznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The development of the best manufacturing technology for fasteners was the subject of this work. Physical and numerical simulations were used to evaluate various technological variants. Possibility of application of new generation bainitic steels was considered, as well. Improvement of exploitation properties was the objective of the optimization having in mind tool wear and manufacturing costs as constraints. Several fasteners were investigated but results for three parts, including Allen screw, screw anchors used to carry concrete plates are presented as a case study. Industrial trials were performed and confirmed correctness of the designed manufacturing technology.

PL

Przedmiotem pracy była metodyka projektowania najlepszej technologii wytwarzania elementów złącznych. Różne warianty technologiczne były przedmiotem symulacji fizycznych i numerycznych. Rozważono również możliwość zastosowania nowych materiałów w postaci stali bainitycznych. Celem optymalizacji była poprawa własności eksploatacyjnych wyrobów natomiast zużycie narzędzi i koszty wytwarzania wprowadzono jako ograniczenia. Rozważono cały szereg elementów złącznych ale w pracy zamieszczono wyniki dla trzech wyrobów, a mianowicie śruby imbusowej, kotwy do betonu oraz niestandardowej śruby z kwadratową główką. Wykonane próby przemysłowe potwierdziły prawidłowość zaproponowanych technologii wytwarzania tych elementów.

Słowa kluczowe

EN

forging; fasteners; optimization

PL

kucie; łączniki; optymalizacja

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 1
• Strony: 455--460
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kusiak J.

• AGH University of Science and Technology, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Skóra M.

• Gaweł Zakład Produkcji Śrub S.A., 36-073 Strażów, Poland

autor

Rauch Ł.

• AGH University of Science and Technology, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Szeliga D.

• AGH University of Science and Technology, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Pietrzyk M.

• AGH University of Science and Technology, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] C. McCormack, J. A. Monagan, 2D and 3D finite element analy-sis of a three stage forging sequence, Journal of Materials Processing Technology 127, 48-56 (2002).
• [2] K. S. Park, C. J. Van Tyne, Y. H. Moon, Process analysis of mul-tistage forging by using finite element method, Journal of Materials Processing Technology 187-188, 586-590 (2007).
• [3] M. Pietrzyk, Ł. Madej, S. Węglarczyk, Tool for optimal design of manufacturing chain based on metal forming, CIRP Annals Manufacturing Technology 57, 309-312 (2008).
• [4] A. Behrens, H. Just, D. Landgrebe, Prediction of cracks in mul-tistage cold forging operations by finite-element simulations with integrated damage criteria, Proc. Metal Forming 2000, publ. A.A. Balkema, Kraków, 245-252 (2000).
• [5] A. Ghiotti, S. Bruschi, P. F. Bariani, Damage modelling in cold forging process chains, Steel Research International, Spec. ed.: 10th ICTP, Aachen, 919-922 (2011).
• [6] P. F. Bariani, S. Bruschi, A. Ghiotti, Physical simulation of longitudinal welding in porthole-die extrusion, CIRP Annals Manufacturing Technology 55, 287-290 (2006).
• [7] M. L. Chiesa, R. E. Jones, K. J. Perano, T. G. Kolda, Parallel op-timization of forging processes for optimal material properties, Proc. Conf. NUMIFORM, eds, S. Ghosh, J.C. Castro, J.K. Lee, American Institute of Physics, Columbus, 2080-2084 (2004).
• [8] K. K. B. Hon, S. Xu, Impact of product life cycle on manufacturing systems reconfiguration, Annals of the CIRP 56, 455-458 (2007).
• [9] J. Pereira, B. Paulre, Flexibility in manufacturing systems: a relational and a dynamic approach, European Journal of Oper-ational Research 130, 70-82 (2001).
• [10] M. Skóra, S. Węglarczyk, J. Kusiak, M. Pietrzyk, Computer aided design of manufacturing of fasteners - selection of the best production chain, Key Engineering Materials 504-506, 157-162 (2012).
• [11] C. M. Sellars, Physical metallurgy of hot working, in: Hot working and forming processes, eds, C. M. Sellars, G. J. Davies, The Metals Soc., London, 3-15 (1979).
• [12] R. Kuziak, V. Pidvysots'kyy, S. Węglarczyk, M. Pietrzyk, Bainitic steels as alternative for conventional carbon-man-ganese steels in manufacturing of fasteners - simulation of production chain, Computer Methods in Materials Science 11, 443-462 (2011).
• [13] M. H. A. Bonte, A. H. van den Boogaard, J. Huetink, An opti-misation strategy for industrial metal forming processes, Struc-tural and Multidisciplinary Optimization 35, 571-586 (2008).
• [14] W. Kuś, W. Mucha, Idea of the optimization strategy for in-dustrial processes, Computer Methods in Materials Science 14, 13-19 (2014).
• [15] Ł. Rauch, R. Kuziak, M. Pietrzyk, From high accuracy to high efficiency in simulations of processing of Dual-Phase steels, Metallurgical and Materials Transactions B 45B, 497-506 (2014).
• [16] D. Szeliga, Identification problems in metal forming: A com-prehensive study, publ. AGH University of Science and Technology, no. 291, Krakow (2013).
• [17] Z. Gronostajski, M. Kaszuba, M. Hawryluk, M. Zwierzchowski, A review of the degradation mechanisms of the hot forging tools, Archives of Civil and Mechanical Engineering 14, 528-539 (2014).
• [18] M. Skóra, S. Węglarczyk, M. Pietrzyk, Numerical simulation of tool wear as support of optimization of manufacturing chain for fasteners, Computer Methods in Materials Science 13, 68-76 (2013).